KR20220114089A - 연마 패드 마모 보상을 이용한 기판 층 두께의 결정 - Google Patents
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Abstract
신경망을 훈련시키는 방법은, 테스트 기판에 대한 2개의 실측 정보 두께 프로파일을 획득하는 단계, 테스트 기판이 상이한 두께들의 연마 패드들 상에 있는 동안 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 측정되는 바와 같은 테스트 기판에 대한 2개의 두께 프로파일을 획득하는 단계, 2개의 프로파일 사이를 보간함으로써 2개의 두께 값 사이에 있는 다른 두께 값에 대한 추정된 두께 프로파일을 생성하는 단계, 및 추정된 두께 프로파일을 사용하여 신경망을 훈련시키는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은, 기판의 연마 동안의 인-시튜 모니터링 및 프로파일 재구성에 관한 것이다.
집적 회로는 전형적으로, 규소 웨이퍼 상에서의 전도성 층, 반도체 층 또는 절연성 층의 순차적 증착에 의해 그리고 그 층들의 후속 처리에 의해 기판(예컨대, 반도체 웨이퍼) 상에 형성된다.
하나의 제조 단계는, 비-평탄 표면 위에 충전재 층을 증착하고, 비-평탄 표면이 노출될 때까지 그 충전재 층을 평탄화하는 것을 수반한다. 예컨대, 패터닝된 절연성 층 상에 전도성 충전재 층이 증착되어, 절연성 층의 트렌치들 또는 홀들을 충전할 수 있다. 그런 다음, 절연성 층의 융기된 패턴이 노출될 때까지 충전재 층이 연마된다. 평탄화 후에, 절연성 층의 융기된 패턴 사이에 남아있는 전도성 층의 부분들은, 기판 상의 박막 회로들 사이에 전도성 경로들을 제공하는 비아들, 플러그들, 및 라인들을 형성한다. 게다가, 평탄화는, 리소그래피를 위해 기판 표면을 평탄화하는 데 사용될 수 있다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 평탄화의 하나의 용인된 방법이다. 이러한 평탄화 방법은 전형적으로, 캐리어 헤드 상에 기판이 장착될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은, 회전하는 연마 패드에 맞닿게(against) 배치된다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 맞닿게 기판을 밀기 위해 기판 상에 제어가능한 하중을 제공한다. 연마 액체, 이를테면, 연마 입자들을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다. 웨이퍼 간에 균일한 연마 조건으로 연마 패드를 유지하기 위해, 연마 패드는 컨디셔닝 프로세스를 겪는데, 예컨대, 연마 컨디셔너(conditioner) 디스크에 의해 마모된다. 다수의 기판들을 연마하는 과정에 걸쳐, 컨디셔너 디스크가 연마 패드를 마모시키는 것으로 인해 연마 패드 두께가 달라질 수 있다.
반도체 처리 동안, 기판 또는 기판 상의 층들의 하나 이상의 특성을 결정하는 것이 중요할 수 있다. 예컨대, CMP 프로세스 동안, 프로세스가 정확한 시간에 종결될 수 있도록 전도성 층의 두께를 아는 것이 중요할 수 있다. 기판 특성들을 결정하기 위해 다수의 방법들이 사용될 수 있다. 예컨대, 화학적 기계적 연마 동안의 기판의 인-시튜(in-situ) 모니터링을 위해 광학 센서들이 사용될 수 있다. 대안적으로(또는 그에 부가하여), 기판의 전도성 구역에 와전류를 유도하여 전도성 구역의 국지적 두께와 같은 파라미터들을 결정하기 위해, 와전류 감지 시스템이 사용될 수 있다.
일 양상에서, 신경망을 훈련시키는 방법은, 상이한 두께 프로파일을 갖는 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대한 실측 정보(ground truth) 두께 프로파일을 획득하는 단계, 제1 두께 값을 획득하는 단계, 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 제1 두께 값에 대응하는 제1 두께의 연마 패드 상에 있는 동안, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 측정되고 있는 테스트 기판에 대응하는 제1 측정된 두께 프로파일을 획득하는 단계, 제2 두께 값을 획득하는 단계, 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 제2 두께 값에 대응하는 제2 두께의 연마 패드 상에 있는 동안, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 측정되고 있는 테스트 기판에 대응하는 제2 측정된 두께 프로파일을 획득하는 단계, 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 테스트 기판에 대한 제1 프로파일과 제2의 제3 두께 프로파일 사이를 보간함으로써, 제1 두께 값과 제2 두께 값 사이에 있는 제3 두께 값에 대한 추정된 제3 두께 프로파일을 생성하는 단계, 및 각각의 테스트 기판에 대해, 신경망이 훈련 모드에 있는 동안, 제3 두께 및 추정된 제3 두께 프로파일을 복수의 입력 노드들에 적용하고 실측 정보 두께 프로파일을 복수의 출력 노드들에 적용함으로써 신경망을 훈련시키는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 연마 시스템은, 연마 패드를 지지하기 위한 플래튼, 기판을 유지하고 기판을 연마 패드와 접촉시키기 위한 캐리어 헤드, 기판 상의 전도성 층이 연마 패드에 의해 연마되고 있는 동안 전도성 층의 두께에 의존하는 신호를 생성하기 위한 인-시튜 모니터링 시스템, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 전도성 층의 연마-전 두께의 측정치를 수신하고, 전도성 층의 연마의 시작 시 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 초기 신호 값을 획득하고, 연마-전 두께에 기반하여 전도성 층에 대한 예상 신호 값을 결정하고, 초기 신호 값 및 예상 신호 값에 기반하여 이득을 계산하고, 이득 함수를 사용하여 이득으로부터 연마 패드 두께 값을 결정하고, 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 전도성 층의 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하고, 복수의 측정된 신호들로부터 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하고, 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 신경망을 통해 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해, 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하고 ― 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 신경망에 의해, 정정된 두께 값들이 출력됨 ―, 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록 구성된다.
다른 양상에서, 연마를 제어하는 방법은, 기판 상의 전도성 층의 연마-전 두께의 측정치를 수신하는 단계, 기판 상의 전도성 층을 연마 시스템의 연마 패드와 접촉시키고 연마를 시작하는 단계, 전도성 층의 연마의 시작 시 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 초기 신호 값을 획득하는 단계, 연마-전 두께에 기반하여 전도성 층에 대한 예상 신호 값을 결정하는 단계, 초기 신호 값 및 예상 신호 값에 기반하여 이득을 계산하는 단계, 이득 함수를 사용하여 이득으로부터 연마 패드 두께 값을 결정하는 단계, 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 전도성 층의 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하는 단계, 복수의 측정된 신호들로부터 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하는 단계, 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 신경망을 통해 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해, 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하는 단계 ― 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 신경망에 의해, 정정된 두께 값들이 출력됨 ―, 및 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로(tangibly) 구현된 컴퓨터 프로그램 제품은 명령어들을 갖고, 명령어들은, 하나 이상의 프로세서로 하여금, 연마 패드 두께를 표현하는 값을 수신하게 하고, 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 전도성 층의 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하게 하고, 복수의 측정된 신호들로부터 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하게 하고, 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 테스트 패드 두께 값, 테스트 층 추정 두께 프로파일, 및 테스트 층 실측 정보 두께 프로파일의 복수의 투플(tuple)들을 사용하여 훈련된 신경망을 통해 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하게 하고 ― 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 신경망에 의해, 정정된 두께 값들이 출력됨 ―, 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하게 하기 위한 것이다.
다른 양상에서, 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로 구현된 컴퓨터 프로그램 제품은 명령어들을 갖고, 명령어들은, 하나 이상의 프로세서로 하여금, 연마 패드 두께를 표현하는 값을 수신하게 하고, 연마되고 있는 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 수신하게 하고, 복수의 측정된 신호들로부터 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하게 하고, 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 신경망을 통해 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하게 하고, 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하게 하기 위한 것이다. 신경망은, 복수의 입력 노드들, 복수의 출력 노드들, 및 복수의 중간 노드들을 포함한다. 복수의 두께 값들 중 적어도 일부는 입력 노드들 중 적어도 일부에 적용되고, 연마 패드 두께를 표현하는 값은 복수의 중간 노드들로부터의 중간 노드에 직접 적용되고, 복수의 출력 노드들 중 적어도 일부는 복수의 정정된 두께 값들을 출력한다.
특정 구현들은 다음의 이점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 인-시튜 모니터링 시스템, 예컨대 와전류 모니터링 시스템은, 기판에 걸친 센서 스캔들로써 신호를 생성할 수 있다. 시스템은, 예컨대, 웨이퍼 간의 패드 두께 변화들에 기인하는 신호의 가장자리 부분에서의 왜곡들을 보상할 수 있다. 신호는, 연마 파라미터, 예컨대 캐리어 헤드 압력의 종료점 제어 및/또는 폐쇄 루프 제어에 사용될 수 있으며, 따라서, 개선된 웨이퍼 내 불균일성(WIWNU) 및 웨이퍼 간 불균일성(WTWNU)이 제공된다.
하나 이상의 구현의 세부사항들은 첨부한 도면들 및 아래의 설명에서 기재된다. 다른 양상들, 특징들 및 이점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.
도 1a는, 와전류 모니터링 시스템을 포함하는 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 부분 측단면도이다.
도 1b는, 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 2는, 연마 장치의 센서 헤드에 의해 스캐닝되는 기판의 개략적인 평면도이다.
도 3a는, 측정된 신호들에 기반하여 기판 두께를 결정하기 위한 정적 공식의 개략적인 그래프이다.
도 3b는, 측정된 임피던스 신호 이득에 기반하여 연마 패드 두께를 결정하기 위한 함수의 개략적인 그래프이다.
도 4는, 기판 상의 위치들을 모니터링하는 동안 획득된 측정된 신호들의 개략적인 그래프이다.
도 5는 예시적인 신경망이다.
도 6은, 기판을 연마하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
도 7은, 측정된 신호들의 그룹에 대한 수정된 신호들을 생성하기 위해 신경망을 훈련시키기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 표시한다.
도 1b는, 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 평면도이다.
도 2는, 연마 장치의 센서 헤드에 의해 스캐닝되는 기판의 개략적인 평면도이다.
도 3a는, 측정된 신호들에 기반하여 기판 두께를 결정하기 위한 정적 공식의 개략적인 그래프이다.
도 3b는, 측정된 임피던스 신호 이득에 기반하여 연마 패드 두께를 결정하기 위한 함수의 개략적인 그래프이다.
도 4는, 기판 상의 위치들을 모니터링하는 동안 획득된 측정된 신호들의 개략적인 그래프이다.
도 5는 예시적인 신경망이다.
도 6은, 기판을 연마하기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
도 7은, 측정된 신호들의 그룹에 대한 수정된 신호들을 생성하기 위해 신경망을 훈련시키기 위한 예시적인 프로세스의 흐름도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 기호들은 동일한 요소들을 표시한다.
연마 장치는, 기판 상에 연마되고 있는 외측 층의 두께를 검출하기 위해, 인-시튜 모니터링 시스템, 예컨대 와전류 모니터링 시스템을 사용할 수 있다. 두께 측정치들은, 연마 종료점을 촉발하고/거나 연마 프로세스의 처리 파라미터들을 실시간으로 조정하는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 기판 캐리어 헤드는, 외측 층의 다양한 구역들에서의 연마율을 증가 또는 감소시키기 위해 기판의 후면측 상의 압력을 조정할 수 있다. 연마율은, 구역들이 연마 후에 실질적으로 동일한 두께이도록 그리고/또는 구역들의 연마가 거의 동시에 완료되도록 조정될 수 있다. 그러한 프로파일 제어는 실시간 프로파일 제어(RTPC)로 지칭될 수 있다.
인-시튜 모니터링 시스템은, 기판 가장자리에 가까운 위치들에서의 측정치들에서 신호 왜곡을 겪을 수 있다. 예컨대, 와전류 모니터링 시스템은 자기장을 생성할 수 있다. 기판 가장자리 근처에서, 자기장이 기판의 전도성 층과 부분적으로만 중첩되어, 신호가 인위적으로 낮아지는 것을 야기한다. 이러한 왜곡들을 보상하기 위한 기법은, 두께 측정치를 훈련된 신경망에 공급하는 것이다.
부가적으로, 연마 패드가 컨디셔닝 디스크에 의한 마모로 인해 더 얇아짐에 따라, 와전류 모니터링 시스템으로부터의 신호가 인위적으로 증가될 수 있다. 패드 두께가 변화함에 따라, 연마 패드를 통해 기판 특성들을 판독하는 하나 이상의 센서로부터의 신호가 또한 변할 수 있다. 특히, 패드가 더 얇아짐에 따라, 기판과 와전류 센서 사이의 거리가 감소할 것이다. 이는 증가된 신호 강도를 야기할 수 있고, 이는, 겉보기 층 두께를 인위적으로 증가시킬 수 있어서, 웨이퍼 간 기반의 불균일성 또는 연마 종료점의 불일치로 이어진다. 신경망이 사용되는 경우에도, 시스템은, 신호가 패드 두께에 또한 의존할 때, 기판 가장자리에서의 왜곡을 적절하게 보상하지 않을 수 있다. 그러나, 상이한 패드 두께들에 대응하는 층 두께 측정치들을 사용하여 신경망을 훈련시킴으로써, 신경망으로 수정된 신호들을 생성할 때, 연마 패드의 측정된 두께 값들이 입력으로서 사용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 연마 장치(100)의 예를 예시한다. 연마 장치(100)는, 상부에 연마 패드(110)가 위치하는 회전가능한 디스크-형상 플래튼(120)을 포함한다. 플래튼은 축(125)을 중심으로 회전하도록 동작가능하다. 예컨대, 모터(121)는, 구동 샤프트(124)를 회전시켜 플래튼(120)을 회전시킬 수 있다. 연마 패드(110)는, 외측 연마 층(112) 및 더 연질의 후면 층(114)을 갖는 2층 연마 패드일 수 있다.
연마 장치(100)는, 슬러리와 같은 연마 액체(132)를 연마 패드(110) 상에 분배하기 위한 포트(130)를 포함할 수 있다. 연마 장치는 또한, 연마 패드(110)를 마모시켜 연마 패드(110)를 일관된 연마용 상태로 유지시키기 위한 연마 패드 컨디셔너를 포함할 수 있다.
연마 장치(100)는 적어도 하나의 캐리어 헤드(140)를 포함한다. 캐리어 헤드(140)는, 연마 패드(110)에 맞닿게 기판(10)을 유지하도록 동작가능하다. 캐리어 헤드(140)는, 각각의 개개의 기판과 연관된 연마 파라미터들, 예컨대 압력을 독립적으로 제어할 수 있다.
특히, 캐리어 헤드(140)는, 가요성 멤브레인(144) 아래에 기판(10)을 유지하기 위한 유지 링(142)을 포함할 수 있다. 캐리어 헤드(140)는 또한, 가요성 멤브레인(144) 상의 연관된 구역 그리고 그에 따라 기판(10) 상의 연관된 구역에 독립적으로 제어가능한 압력들을 인가할 수 있는, 멤브레인에 의해 정의되는 복수의 독립적으로 제어가능한 가압가능 챔버들, 예컨대 3개의 챔버(146a-146c)를 포함한다. 예시의 용이성을 위해 3개의 챔버만이 도 1에 예시되지만, 하나 또는 2개의 챔버, 또는 4개 이상의 챔버, 예컨대 5개의 챔버가 존재할 수 있다.
캐리어 헤드(140)는 지지 구조(150), 예컨대, 캐러셀 또는 트랙으로부터 매달리며, 구동 샤프트(152)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터(154)에 연결됨으로써 캐리어 헤드가 축(155)을 중심으로 회전할 수 있다. 임의적으로, 캐리어 헤드(140)는, 예컨대 캐러셀(150) 또는 트랙 상의 슬라이더들 상에서 측방향으로 진동하거나 또는 캐러셀 그 자체의 회전 진동에 의해 측방향으로 진동할 수 있다. 동작 시, 플래튼은 자신의 중심 축(125)을 중심으로 회전되고, 캐리어 헤드는, 자신의 중심 축(155)을 중심으로 회전되고 연마 패드의 최상부 표면에 걸쳐 측방향으로 병진이동된다.
하나의 캐리어 헤드(140)만이 도시되지만, 연마 패드(110)의 표면적이 효율적으로 사용될 수 있도록 부가적인 기판들을 유지하기 위해 더 많은 캐리어 헤드가 제공될 수 있다.
연마 장치(100)는 또한 인-시튜 모니터링 시스템(160)을 포함한다. 인-시튜 모니터링 시스템(160)은, 기판 상의 층의 두께에 의존하는 일련의 시변 값들을 생성한다. 인-시튜 모니터링 시스템(160)은 측정치들이 생성되는 센서 헤드를 포함하며, 기판과 센서 헤드 간의 상대적인 움직임으로 인해, 측정치들은 기판 상의 상이한 위치들에서 취해질 것이다.
인-시튜 모니터링 시스템(160)은 와전류 모니터링 시스템일 수 있다. 와전류 모니터링 시스템(160)은, 기판 상의 전도성 층에 와전류를 유도하기 위한 구동 시스템, 및 구동 시스템에 의해 전도성 층에 유도된 와전류를 검출하기 위한 감지 시스템을 포함한다. 모니터링 시스템(160)은 플래튼과 함께 회전하도록 오목부(128)에 위치된 코어(162), 코어(162)의 일부분 주위에 감겨진 적어도 하나의 코일(164), 및 배선(168)에 의해 코일(164)에 연결된 구동 및 감지 회로(166)를 포함한다. 코어(162)와 코일(164)의 조합은 센서 헤드를 제공할 수 있다. 일부 구현들에서, 코어(162)는 플래튼(120)의 최상부 표면 위로, 예컨대, 연마 패드(110)의 최하부의 오목부(118) 내로 돌출된다.
구동 및 감지 회로(166)는 진동 전기 신호를 코일(164)에 인가하고 결과적인 와전류를 측정하도록 구성된다. 예컨대, 미국 특허 번호 제6,924,641호, 제7,112,960호 및 제8,284,560호, 및 미국 특허 공개 번호 제2011-0189925호 및 제2012-0276661호에서 설명된 바와 같은, 구동 및 감지 회로에 대한 그리고 코일(들)의 구성 및 위치에 대한 다양한 구성들이 가능하다. 구동 및 감지 회로(166)는 동일한 오목부(128)에 또는 플래튼(120)의 상이한 부분에 위치될 수 있거나, 플래튼(120) 외부에 위치되고 회전식 전기 접합관(union)(129)을 통해 플래튼의 구성요소들에 결합될 수 있다.
동작 시, 구동 및 감지 회로(166)는 코일(164)을 구동하여 진동 자기장을 생성한다. 자기장의 적어도 일부분은 연마 패드(110)를 통해 기판(10) 내로 확장된다. 전도성 층이 기판(10) 상에 존재하는 경우, 진동 자기장은 전도성 층에 와전류를 생성한다. 와전류는, 전도성 층으로 하여금, 구동 및 감지 회로(166)에 결합되는 임피던스 소스로서 작동하게 한다. 전도성 층의 두께가 변화함에 따라, 센서 헤드로부터의 미가공 신호들이 변화하며, 이는 구동 및 감지 회로(166)에 의해 검출될 수 있다.
게다가, 위에 언급된 바와 같이, 컨디셔닝 프로세스로 인해, 연마 패드(110)의 두께는 웨이퍼마다 감소될 수 있다. 코어(162) 및 코일(164)은 연마 패드(110)의 오목부(128) 내에 위치될 수 있고, 자기장이 외측 연마 층(112)을 통해 기판(10) 내로 연장될 수 있기 때문에, 코어(162)와 기판(10) 사이의 거리는 연마 패드(110)의 두께가 감소함에 따라 감소한다. 결과적으로, 구동 및 감지 회로(166)에 의해 판독되는 임피던스는 연마 패드(110)의 두께가 변화함에 따라 또한 변화할 수 있다.
일반적으로, 구동 및 감지 회로(166)는, 센서 헤드로부터의 미가공 신호에 대한 이득 파라미터를 포함함으로써 코어(162)로부터의 정규화된 신호를 유지한다. 이득 파라미터는, 제어기(190)에 대한 출력을 위한 신호를 스케일링하는 데 사용될 수 있다. 연마 패드(110)의 외측 연마 층(112)이 최대치에 있을 때, 예컨대, 연마 패드(110)가 새로운 것일 때, 이득 파라미터는 최대 값일 수 있다. 외측 연마 층(112)의 두께가 감소됨에 따라, 센서가 기판에 더 가까워지는 것으로 인한 증가된 신호 강도를 보상하기 위해 이득 파라미터가 감소될 수 있다.
대안적으로 또는 그에 부가하여, 반사계 또는 간섭계로서 기능할 수 있는 광학 모니터링 시스템이 오목부(128)에서 플래튼(120)에 고정될 수 있다. 두 시스템 모두가 사용되는 경우, 광학 모니터링 시스템 및 와전류 모니터링 시스템은 기판의 동일한 부분을 모니터링할 수 있다.
CMP 장치(100)는 또한 코어(162)가 기판(10) 아래에 있을 때를 감지하기 위해 광학 인터럽터와 같은 위치 센서(180)를 포함할 수 있다. 예컨대, 광학 인터럽터는 캐리어 헤드(140)에 대향하게 고정된 지점에 장착될 수 있다. 플래그(182)가 플래튼의 주변부에 부착된다. 플래그(182)의 부착 지점 및 길이는, 코어(162)가 기판(10) 아래에서 스위핑할 때 플래그(182)가 센서(180)의 광학 신호를 가로막도록 선택된다. 대안적으로 또는 그에 부가하여, CMP 장치는 플래튼의 각도 위치를 결정하기 위해 인코더를 포함할 수 있다.
제어기(190), 예컨대 범용 프로그래밍가능 디지털 컴퓨터는, 와전류 모니터링 시스템(160)으로부터 강도 신호들을 수신한다. 제어기(190)는, 프로세서, 메모리, 및 I/O 디바이스들뿐만 아니라 출력 디바이스(192), 예컨대 모니터, 및 입력 디바이스(194), 예컨대 키보드를 포함할 수 있다.
신호들은 회전식 전기 접합관(129)을 통해 와전류 모니터링 시스템(160)으로부터 제어기(190)로 전달될 수 있다. 대안적으로, 회로(166)는 무선 신호에 의해 제어기(190)와 통신할 수 있다.
코어(162)가 플래튼의 각각의 회전에 따라 기판 아래에서 스위핑하므로, 전도성 층 두께에 대한 정보가 인-시튜로 그리고 연속적인 실시간 기반으로 (플래튼 회전마다 한번) 축적된다. 제어기(190)는, 기판이 일반적으로 코어(162) 위에 놓일 때(위치 센서에 의해 결정됨) 모니터링 시스템으로부터의 측정치들을 샘플링하도록 프로그래밍될 수 있다. 연마가 진행됨에 따라, 전도성 층의 두께가 변하고, 샘플링된 신호들이 시간에 따라 변화한다. 시변 샘플링된 신호들은 트레이스들로 지칭될 수 있다. 모니터링 시스템들로부터의 측정치들은, 디바이스의 작업자가 연마 동작의 진행을 시각적으로 모니터링하는 것을 허용하기 위해, 연마 동안 출력 디바이스(192) 상에 표시될 수 있다.
동작 시, CMP 장치(100)는 충전재 층의 대부분이 제거된 때를 결정하고/거나 하부 정지 층이 실질적으로 노출된 때를 결정하기 위해, 와전류 모니터링 시스템(160)을 사용할 수 있다. 검출기 논리를 위한 가능한 프로세스 제어 및 종료점 기준들은 국지적 최소치 또는 최대치, 기울기 변화들, 진폭 또는 기울기의 임계값들, 또는 이들의 조합들을 포함한다.
제어기(190)는 또한, 캐리어 헤드(140)에 의해 인가되는 압력을 제어하는 압력 메커니즘들, 캐리어 헤드 회전율을 제어하기 위한 캐리어 헤드 회전 모터(154), 플래튼 회전율을 제어하기 위한 플래튼 회전 모터(121), 또는 연마 패드에 공급되는 슬러리 조성을 제어하기 위한 슬러리 분배 시스템(130)에 연결될 수 있다. 게다가, 컴퓨터(190)는, 미국 특허 번호 제6,399,501호에 논의된 바와 같이, 기판 아래에서의 각각의 스윕으로부터의 와전류 모니터링 시스템(160)으로부터의 측정치들을 복수의 샘플링 구역들로 분할하고, 각각의 샘플링 구역의 반경방향 위치를 계산하고, 진폭 측정치들을 반경방향 범위들로 분류하도록 프로그래밍될 수 있다. 측정치들을 반경방향 범위들로 분류한 후에, 캐리어 헤드에 의해 인가되는 연마 압력 프로파일을 주기적으로 또는 지속적으로 수정하여 개선된 연마 균일성을 제공하기 위해, 막 두께에 대한 정보가 폐쇄 루프 제어기에 실시간으로 공급될 수 있다.
제어기(190)는, 인-시튜 모니터링 시스템(160)에 의해 측정된 신호를 기판(10) 상에서 연마되고 있는 층의 두께와 관련시켜 연마되고 있는 층의 두께의 추정된 측정치를 생성하는 상관 곡선을 사용할 수 있다. 상관 곡선(303)의 예가 도 3a에 도시된다. 도 3a에 도시된 좌표계에서, 수평 축은 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터 수신된 신호의 값을 표현하는 반면, 수직 축은 기판(10)의 층의 두께에 대한 값을 표현한다. 주어진 신호 값에 대해, 제어기(190)는 상관 곡선(303)을 사용하여 대응하는 두께 값을 생성할 수 있다. 상관 곡선(303)은, 센서 헤드가 신호를 획득한 시간 또는 위치에 관계없이 각각의 신호 값에 대한 두께 값을 예측한다는 점에서 "정적" 공식으로 간주될 수 있다. 상관 곡선은 다양한 함수들, 이를테면 다항식 함수, 또는 선형 보간과 결합된 순람표(look-up table; LUT)에 의해 표현될 수 있다.
제어기(190)는 또한, 인-시튜 모니터링 시스템(160)에 의해 측정된 신호를 연마 패드(110)의 두께와 관련시켜 기판(10)의 두께의 추정된 측정치를 생성하는 이득 함수를 사용할 수 있다.
이득 함수는, 상이한 연마 패드 두께들에 대해 표준 전도율의 바디(body)를 사용하여 코어(162)로부터 "미가공" 신호들을 측정함으로써 생성될 수 있다. 바디의 예들은, 임피던스 관입(penetration) 깊이보다 더 두꺼운 기판, 또는 4점 탐침(four point probe) 의해 측정되는 바와 같은 알려진 균일한 두께의 기판을 포함할 수 있다. 이는, 바디로부터의 표준 예상 전도율 측정치를 보장한다. 이는, 가변 패드 두께들에서 측정된 코어(162)로부터의 신호가 표준 바디의 확립된 전도율과 관련된 일정한 신호 값으로 스케일링되는 것을 허용한다. 주어진 패드 두께에서 코어(162) 신호를 정규화하는 데에 필요한 스케일링 값은 이득 파라미터이다.
예컨대, 큰 패드 두께 및 표준 기판 바디에 대해 측정된 코어(162) 신호는 작은 패드 두께 및 동일한 기판에 대해 측정된 코어(162) 신호보다 낮을 수 있다. 더 큰 패드 두께들은, 표준 바디에서의 더 낮은 임피던스 관입으로 인해 표준 바디에서의 측정된 코어(162) 신호를 감소시킬 것이다. 이러한 감소를 정정하기 위해, 이득 파라미터가 사용되어, 측정된 코어(162) 신호를 위에 설명된 바와 같은 정규화된 값으로 스케일링할 수 있다. 대안적으로, 더 작은 패드 두께는, 코어(162) 신호를 확립된 정규화된 값으로 스케일링하는 데 필요한 더 낮은 이득 파라미터를 초래할 수 있다. 각각의 패드 두께 및 상관된 이득 값은 상관 지점을 구성할 수 있고, 하나 초과의 상관 지점이 이득 함수를 확립할 수 있다.
대안적으로, 기판(10)의 전도성 층 두께는, 캐리어 헤드(140)에 배치되고 연마 패드(110) 위로 이동되기 전에, 별개의 계측 스테이션, 예컨대, 4점 탐침에 의해 정확하게 측정될 수 있다. 연마가 시작됨에 따라, 센서는, 코어(162)로부터 미가공 신호를 획득하기 위해 기판(10) 아래에서 스위핑될 수 있다. 이러한 신호를 측정된 전도성 층 두께에 기반한 예상 신호에 대하여 비교하는 것은, 주어진 신호와 예상 신호 사이의 비율을 확립한다. 이러한 비율은, 구동 및 감지 회로(166)에 의해 이득 파라미터로서 사용될 수 있다.
도 3b는 예시적인 이득 함수(304)를 도시한다. 도 3b에 도시된 좌표계에서, 수직 축은 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터 수신된 이득 파라미터의 값을 표현하는 반면, 수평 축은 외측 연마 층(112)의 두께에 대한 값을 표현할 수 있다. 위에 설명된 패드 두께 및 상관된 이득 값들은 도표 상의 이득 함수 지점들(305)이고, 이득 함수(304)는 상관 지점들(305)로부터 결정된다.
이득 함수(304)는, 표준 바디의 대응하는 코어(162) 신호 측정치와 상관된 연마 패드(110) 두께들의 실측 정보 측정치들의 선형 회귀에 기반하여 결정될 수 있다. 도 3b는, 구동 및 감지 회로(166)에 의해 측정되는 바와 같은, 연마 패드(110) 두께를 이득에 상관시키는 4개의 교정 측정치(305)로부터 생성된 예시적인 이득 함수(304)를 도시한다. 일반적으로, 이득 함수(304)는, 적어도 2개의 두께 측정 지점(305)으로부터 구성될 수 있다.
일반적으로, 교정 측정치들(305)을 생성하기 위해, 시스템 외부의 정확한 계측기, 예컨대, 프로필로미터(profilometer)를 사용하여 연마 패드(110)의 두께의 실측 정보 측정치가 결정될 수 있다. 그런 다음, 알려진 두께의 이러한 연마 패드(110)는 교정 기판과 조합되어 연마 장치(100) 내에 배치된다. 교정 기판은 일관된 두께의 전도성 층을 갖는 바디이고; 동일한 교정 기판이 다수의 연마 툴들의 교정에 사용될 수 있다. 교정 기판은 연마 시스템(100) 내에 로딩되고 센서 헤드 위의 연마 패드(110) 상의 위치로 이동된다. 인-시튜 모니터링 시스템에 의한 교정 기판의 측정 동안, 연마가 수행되지 않도록, 연마 입자들을 포함하지 않는 액체가 연마 패드 표면에 공급될 수 있다. 그런 다음, 구동 및 감지 회로(166)는, 신호 강도를 결정하고 그를 연마 패드 두께의 실측 정보 측정치와 상관시켜 교정 측정치(305)를 생성할 수 있다. 부가적인 두께들에서 하나 초과의 연마 패드(110)에 대해 이러한 상관을 반복함으로써, 더 많은 교정 측정치들(305)이 생성될 수 있다.
일반적으로, 이득 파라미터들 및 연마 패드(110) 두께에 대한 이득 함수(304)는 교정 측정치들(305)을 사용한 회귀를 이용하여 결정될 수 있다. 일부 구현들에서, 상관 곡선(303)은 선형 회귀일 수 있다. 일부 구현들에서, 상관 곡선(303)은 가중된 또는 가중되지 않은 선형 회귀일 수 있다. 예컨대, 가중된 또는 가중되지 않은 선형 회귀는 데밍(Deming), 테일-센(Theil-Sen), 또는 패싱-바블록(Passing-Bablock) 선형 회귀일 수 있다. 그러나, 일부 구현들에 대해, 상관 곡선은 비-선형 함수일 수 있다. 그런 다음, 이득 함수(304)는, 알려진 이득 파라미터들 및 패드 두께들의 2개의 교정 측정치(305) 사이의 추정된 두께 값들을 보간하는 데 사용될 수 있다.
일단 이득 함수(304)가 확립되면, 제어기(190)는, 이득 함수(304)를 사용하여, 코어(162) 신호를 스케일링하는 데 이용할 주어진 패드 두께에 대한 이득 파라미터 값을 생성할 수 있다. 이득 함수(304)는, 센서 헤드가 신호를 획득한 시간 또는 위치에 관계없이 각각의 신호 값에 대한 두께 값을 예측한다는 점에서 "정적" 공식으로 간주될 수 있다. 이득 함수는 다양한 함수들, 이를테면, 선형 보간과 결합된 LUT에 의해 표현될 수 있다.
도 1b 및 도 2를 참조하면, 기판(10)에 대한 센서 헤드의 위치에서의 변화들은 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터의 신호에서의 변화를 초래할 수 있다. 즉, 센서 헤드가 기판(10)에 걸쳐 스캐닝함에 따라, 인-시튜 모니터링 시스템(160)은 기판(10)의 상이한 위치들에서의 다수의 구역들(94), 예컨대 측정 스폿들에 대한 측정치들을 만들 것이다. 구역들(94)은 부분적으로 중첩될 수 있다(도 2 참조).
도 4는, 기판(10) 아래로의 센서 헤드의 단일 통과 동안의 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터의 신호 프로파일(401)을 도시하는 그래프(420)를 예시한다. 신호 프로파일(401)은, 센서 헤드가 기판 아래에서 스위핑함에 따른 센서 헤드로부터의 일련의 개별 측정치들로 구성된다. 그래프(420)는, 기판에 대한 측정치의 측정 시간 또는 위치, 예컨대 반경방향 위치의 함수일 수 있다. 어느 경우에서든, 신호 프로파일(401)의 상이한 부분들은 센서 헤드에 의해 스캐닝된 기판(10) 상의 상이한 위치들에서의 측정 스폿들(94)에 대응한다. 그에 따라, 그래프(420)는, 센서 헤드에 의해 스캐닝된 기판의 주어진 위치에 대한, 신호 프로파일(401)로부터의 대응하는 측정된 신호 값을 도시한다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 신호 프로파일(401)은, 센서 헤드가 기판(10)의 선단 가장자리와 교차할 때의 기판(10)의 가장자리 구역(203) 내의 위치들에 대응하는 제1 부분(422), 기판(10)의 중앙 구역(201) 내의 위치들에 대응하는 제2 부분(424), 및 센서 헤드가 기판(10)의 후단 가장자리와 교차할 때의 가장자리 구역(203) 내의 위치들에 대응하는 제3 부분(426)을 포함한다. 신호는 또한 기판을 벗어난 측정치들에 대응하는 부분들(428), 즉, 센서 헤드가 도 2에서 기판(10)의 가장자리(204) 너머의 영역들을 스캐닝할 때 생성된 신호들을 포함할 수 있다.
가장자리 구역(203)은, 센서 헤드의 측정 스폿들(94)이 기판 가장자리(204)와 중첩되는 기판의 부분에 대응할 수 있다. 중앙 구역(201)은, 가장자리 구역(203)에 인접한 환형 앵커 구역(202), 및 앵커 구역(202)에 의해 둘러싸이는 내측 구역(205)을 포함할 수 있다. 센서 헤드는 자신의 경로(210) 상의 이러한 구역들을 스캐닝하고, 경로(210)를 따른 일련의 위치들에 대응하는 일련의 측정치들을 생성할 수 있다.
제1 부분(422)에서, 신호 강도는 초기 강도(전형적으로, 기판이 존재하지 않고 캐리어 헤드가 존재하지 않을 때 초래되는 신호)로부터 더 높은 강도로 상승된다. 이는, 모니터링 위치가, 처음에 기판의 가장자리(204)에서 기판과 약간만 중첩(초기의 더 낮은 값들이 생성됨)되는 것으로부터 기판과 거의 전체적으로 중첩(더 높은 값들이 생성됨)되는 모니터링 위치로 전이되는 것에 의해 야기된다. 유사하게, 제3 부분(426)에서, 모니터링 위치가 기판의 가장자리(204)로 전이될 때 신호 강도가 하강한다.
제2 부분(424)이 편평한 것으로 예시되지만, 이는 간략화를 위한 것이고, 제2 부분(424)에서의 실제 신호는 잡음 및 층 두께에서의 변동들 둘 모두로 인한 요동들을 포함할 가능성이 있을 것이다. 제2 부분(424)은 중앙 구역(201)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 대응한다. 제2 부분(424)은, 중앙 구역(201)의 앵커 구역(202)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 의해 야기되는 하위 부분들(421 및 423), 및 중앙 구역(201)의 내측 구역(205)을 스캐닝하는 모니터링 위치에 의해 야기되는 하위 부분(427)을 포함한다.
위에 언급된 바와 같이, 구역들(422, 426)에서의 신호 강도에서의 변동은, 모니터링되는 층의 두께 또는 전도율에서의 내재적 변동보다는 센서의 측정 구역이 기판 가장자리와 중첩되는 것에 의해 부분적으로 야기된다. 결과적으로, 신호 프로파일(401)에서의 이러한 왜곡은, 기판 가장자리 근처에서의 기판에 대한 특성화 값, 예컨대 층의 두께를 계산함에 있어 오차들을 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 제어기(190)는, 기판(10)의 하나 이상의 위치에 대응하는 수정된 두께 값을 그 위치들에 대응하는 계산된 두께 값들에 기반하여 생성하기 위해 신경망, 예컨대 도 5의 신경망(500)을 포함할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 신경망(500)은, 적절하게 훈련될 때, 기판 가장자리 근처에서의 계산된 두께 값들의 왜곡을 감소 및/또는 제거하는 수정된 두께 값들을 생성하도록 구성된다. 신경망(500)은 입력들(504)의 그룹을 수신하고 하나 이상의 신경망 계층을 통해 입력들(504)을 처리하여 출력들(550)의 그룹을 생성한다. 신경망(500)의 계층들은, 입력 계층(510), 출력 계층(530), 및 하나 이상의 은닉 계층(520)을 포함한다.
신경망(500)의 각각의 계층은 하나 이상의 신경망 노드를 포함한다. 신경망 계층 내의 각각의 신경망 노드는, (신경망(500)에 대한 입력들(504)로부터 또는 선행 신경망 계층의 하나 이상의 노드의 출력으로부터) 하나 이상의 노드 입력 값을 수신하고, 하나 이상의 파라미터 값에 따라 노드 입력 값들을 처리하여 활성화 값을 생성하고, 활성화 값에 비-선형 변환 함수(예컨대, 시그모이드(sigmoid) 또는 쌍곡선 탄젠트(tanh) 함수)를 임의적으로 적용하여 신경망 노드에 대한 출력을 생성한다.
입력 계층(510)에서의 각각의 노드는, 신경망(500)에 대한 입력들(504) 중 하나를 노드 입력 값으로서 수신한다.
신경망에 대한 입력들(504)은, 기판(10)의 다수의 상이한 위치들에 대한 인-시튜 모니터링 시스템(160)으로부터의 초기 두께 값들, 이를테면, 제1 두께 값(501), 제2 두께 값(502), 내지 제n 두께 값(503)을 포함한다. 초기 두께 값들은, 상관 곡선을 사용하여 신호(401)에서의 일련의 신호 값들로부터 계산되는 개별 값들일 수 있다.
신경망(500)의 입력 노드들(504)은 또한, 하나 이상의 프로세스 상태 신호(516)를 수신하는 하나 이상의 상태 입력 노드(546)를 포함할 수 있다. 특히, 연마 패드(110)의 두께의 측정치는, 상태 입력 노드들(546)에서 프로세스 상태 신호(516)로서 수신될 수 있다.
패드 두께는, 예컨대, 연마 스테이션에서의 접촉 센서에 의한, 연마 패드(110)의 두께의 직접 측정치일 수 있다. 대안적으로, 두께는, 위에 설명된 이득 함수(304)로부터 생성될 수 있다. 특히, 전도성 층의 두께는, 예컨대, 인-라인 또는 독립형 계측 시스템에 의해, 연마 전에 측정될 수 있다. 이러한 두께는 교정 곡선(303)을 사용하여 예상 신호 값으로 변환될 수 있다. 그런 다음, 예상 신호 값은 기판의 연마 시작 시의 실제 신호 값과 비교될 수 있고; 비율은 이득을 제공하며, 이득은, 이득 함수(304)에 따라 패드 두께를 결정하는 데 사용될 수 있다.
신경망이 패드 두께를 입력으로서 사용하여 훈련되었다고 가정하면, "패드 마모" 이득 함수(304)는 패드 두께를 스케일링하는 데 적용될 수 있다. 적용될 때, 패드 두께 및 두께 프로파일(패드 마모 조정 후에 적절한 이득을 가짐) 둘 모두가, 망이 그 특정 패드 두께에서 재구성된 가장자리 프로파일을 실시간으로 출력하기 위한 입력으로서 사용된다.
일반적으로, 다수의 상이한 위치들은 기판(10)의 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202) 내의 위치들을 포함한다. 일부 구현들에서, 다수의 상이한 위치들은 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202) 내에만 있다. 다른 구현들에서, 다수의 상이한 위치들은 기판의 모든 구역들에 걸쳐있다.
은닉 계층들(520) 및 출력 계층(530)의 노드들은 선행 계층의 모든 각각의 노드로부터 입력들을 수신하는 것으로 예시된다. 이는, 완전-연결(fully-connected) 피드포워드 신경망의 경우이다. 그러나, 신경망(500)은 비-완전-연결(non-fully-connected) 피드포워드 신경망 또는 비-피드포워드 신경망일 수 있다. 더욱이, 신경망(500)은, 하나 이상의 완전-연결 피드포워드 계층; 하나 이상의 비-완전-연결 피드포워드 계층; 및 하나 이상의 비-피드포워드 계층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
신경망은, 출력 계층(530)의 노드들, 즉, "출력 노드들"(550)에서, 수정된 두께 값들(550)의 그룹을 생성한다. 일부 구현들에서, 신경망(500)에 공급되는 인-시튜 모니터링 시스템으로부터의 각각의 입력 두께 값에 대한 출력 노드(550)가 존재한다. 이러한 경우에서, 출력 노드들(550)의 수는 입력 계층(510)의 신호 입력 노드들(504)의 수에 대응할 수 있다.
예컨대, 신호 입력 노드들(544)의 수는 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202)에서의 측정치들의 수와 동일할 수 있고, 동일한 수의 출력 노드들(550)이 존재할 수 있다. 그에 따라, 각각의 출력 노드(550)는, 신호 입력 노드(544)에 대한 입력으로서 공급되는 개개의 초기 두께 값에 대응하는 수정된 두께 값, 예컨대, 제1 초기 두께 값(501)에 대한 제1 수정된 두께 값(551), 제2 초기 두께 값(502)에 대한 제2 수정된 두께 값(552), 및 제n 초기 두께 값(503)에 대한 제n 수정된 두께 값(553)을 생성할 수 있다.
일부 구현들에서, 출력 노드들(550)의 수는 입력 노드들(504)의 수보다 적다. 일부 구현들에서, 출력 노드들(550)의 수는 신호 입력 노드들(544)의 수보다 적다. 예컨대, 신호 입력 노드들(544)의 수는 가장자리 구역(203) 및 앵커 구역(202)에서의 측정치들의 수와 동일할 수 있지만, 출력 노드들(550)의 수는 가장자리 구역(203)에서의 측정치들의 수와 동일할 수 있다. 또한, 출력 계층(530)의 각각의 출력 노드(550)는, 신호 입력 노드(504)로서의 개개의 초기 두께 값에 대응하는 수정된 두께 값, 예컨대, 제1 초기 두께 값(501)에 대한 제1 수정된 두께 값(551)을, 가장자리 구역(203)으로부터 두께 값들을 수신하는 신호 입력 노드들(554)에 대해서만 생성한다.
일부 구현들에서, 은닉 계층들(520) 중 하나 이상에서의 하나 이상의 노드, 예컨대, 제1 은닉 층에서의 하나 이상의 노드(572)는, 하나 이상의 상태 입력 노드(516), 이를테면, 연마 패드(110)의 두께를 직접 수신할 수 있다.
연마 장치(100)는, 신경망(500)을 사용하여, 수정된 두께 값들을 생성할 수 있다. 그런 다음, 수정된 두께 값들이, 기판의 제1 그룹의 위치들, 예컨대 가장자리 구역(및 가능하게는 앵커 구역) 내의 위치들에서의 각각의 위치에 대한 결정된 두께로서 사용될 수 있다. 예컨대, 도 4를 다시 참조하면, 가장자리 구역에 대한 수정된 두께 값들은 신호 프로파일(401)의 수정된 부분(430)을 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 주어진 측정 위치에 대응하는 수정된 두께 값에 대해, 신경망(500)은, 그 주어진 위치의 미리 결정된 거리 내의 측정 위치들로부터의 입력 두께 값들만을 수정된 두께 값을 결정하는 데 사용하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 경로(210) 상의 N개의 연속적인 위치들에서의 측정치들에 대응하는 두께 값들 S1, S2, .., SM, ... SN이 수신되는 경우, 제M 위치(RM으로 표시됨)에 대한 수정된 두께 값 S'M은, 두께 값들 SM-L(최소 1) ... SM, ... SM+L(최대 N)만을 사용하여 수정된 두께 값 S'M을 계산할 수 있다. L의 값은, 주어진 수정된 두께 값 S'M을 생성하기 위해 최대 약 2-4 mm 떨어져 있는 측정치들이 사용되도록 선택될 수 있으며, 측정치 SM의 위치의 약 1-2 mm, 예컨대 1.5 mm 내의 측정치들이 사용될 수 있다. 예컨대, L은 0 내지 4의 범위의 수, 예컨대 1 또는 2일 수 있다. 예컨대, 3 mm 내의 측정치들이 사용되고 측정치들 간의 간격이 1 mm인 경우, L은 1일 수 있고; 간격이 0.5 mm인 경우, L은 2일 수 있고; 간격이 0.25인 경우, L은 4일 수 있다. 그러나, 이는 연마 장치의 구성 및 처리 조건들에 의존할 수 있다. 수정된 두께 값 S'M을 계산함에 있어 다른 파라미터, 예컨대 패드 마모의 값들이 여전히 사용될 수 있다.
예컨대, 하나 이상의 은닉 계층(520)의 다수의 은닉 노드들(570)이 존재할 수 있는데, 즉, "은닉 노드들"(570)은 신호 입력 노드들(544)의 수와 동일하며, 각각의 은닉 노드(570)는 개개의 신호 입력 노드(544)에 대응한다. 각각의 은닉 노드(570)는, 대응하는 입력 노드의 측정치의 위치로부터 미리 결정된 거리보다 큰 위치들에 대한 측정치들에 대응하는 입력 노드들(544)로부터 연결해제된다(또는 그 노드들에 대해 0의 파라미터 값을 가질 수 있음). 예컨대, 제M 은닉 노드는 제1 내지 제(M-L-1) 입력 노드들(544) 및 제(M+L+1) 내지 제N 입력 노드들로부터 연결해제될 수 있다(또는 그 노드들에 대해 0의 파라미터 값을 가질 수 있음). 유사하게, 각각의 출력 노드(560)는, 출력 노드의 측정치의 위치로부터 미리 결정된 거리보다 큰 위치들에 대한 수정된 신호들에 대응하는 은닉 노드들(570)로부터 연결해제될 수 있다(또는 그 노드들에 대해 0의 파라미터 값을 가질 수 있음). 예컨대, 제M 출력 노드는 제1 내지 제(M-L-1) 은닉 노드들(570) 및 제(M+L+1) 내지 제N 은닉 노드들로부터 연결해제될 수 있다(또는 그 노드들에 대해 0의 파라미터 값을 가질 수 있음).
일부 실시예들에서, 연마 장치(100)는 정적 공식을 사용하여 제1 그룹의 기판들의 다수의 위치들, 예컨대, 가장자리 구역 내의 위치들의 두께를 결정할 수 있다. 이러한 기판들은, 신경망을 훈련시키는 데 사용되는 훈련 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다.
도 6은, 기판(10)을 연마하기 위한 예시적인 프로세스(600)의 흐름도이다. 프로세스(600)는 연마 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
연마 장치(100)는, 기판(10) 상의 층을 연마하고(602), 층 상의 상이한 위치들에 대한 측정된 신호 값들을 생성하기 위해 연마 동안 층을 모니터링한다(604). 층 상의 위치들은, (신호(401)의 구역들(422/426)에 대응하는) 기판의 가장자리 구역(203) 내의 하나 이상의 위치, 및 (신호의 구역들(421/423)에 대응하는) 기판 상의 앵커 구역(202) 내의 하나 이상의 위치를 포함할 수 있다. 앵커 구역(202)은 기판 가장자리(204)로부터 이격되고 기판의 중앙 구역(201) 내에 있으며, 따라서, 기판 가장자리(204)에 의해 생성되는 왜곡에 의해 영향을 받지 않는다. 그러나, 앵커 구역(202)은 가장자리 구역(203)에 인접할 수 있다. 앵커 구역(202)은 또한, 중앙 구역(201)의 내측 구역(205)을 둘러쌀 수 있다. 앵커 위치들의 수는, 인-시튜 모니터링 시스템(160)의 측정 스폿 크기 및 측정 빈도에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 앵커 위치들의 수는 최대 값, 이를테면 4의 최대 값을 초과할 수 없다.
연마 장치(100)는, 정적 공식을 사용하여, 측정된 신호 값으로부터 상이한 위치들의 각각의 위치에 대한 초기 두께 값을 생성한다(606). 제1 근사화를 위해, 측정된 신호 값은 단순히, 두께 값을 출력하기 위해 정적 공식에 입력된다. 그러나, 다른 처리, 예컨대, 앵커 구역에 기반한 신호의 정규화, 또는 특정 물질의 전도도에 대한 보상이 또한, 초기 두께 값의 생성의 일부로서 신호에 대해 수행될 수 있다.
연마 장치(100)는, 신경망을 사용하여, 조정된 두께 값들을 생성한다(608). 신경망(500)에 대한 입력들은, 상이한 위치들에 대해 인-시튜 모니터링 시스템(160)에 의해 생성된 초기 두께 값들, 및 상태 신호로서의 연마 패드의 두께이다. 신경망(500)의 출력들은 수정된 두께 값들이고, 이들 각각은 입력된 계산된 두께 값에 대응한다.
연마 장치(100)는, 수정된 두께 값들에 기반하여 연마 종료점을 검출하고/거나 연마 파라미터를 수정한다(610).
도 7은, 수정된 두께 값들을 생성하기 위해 신경망(500)을 훈련시키기 위한 예시적인 프로세스(700)의 흐름도이다. 상이한 두께 프로파일들을 갖는 층들을 갖는 다수의 기판들이, 다수의 상이한 두께들의 연마 패드들 상에 배치되어 있는 동안 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 스캐닝된다. 인-시튜 모니터링 시스템은, 교정 곡선에 기반하여, 추정된 두께 측정치들을 생성한다(702). 각각의 기판에 대해, 시스템은 또한, 위치들의 그룹 내의 각각의 위치에 대한 실측 정보 두께 측정치들을 획득한다(704). 시스템은, 전기 임피던스 측정 방법, 예컨대 4점 탐침을 사용하여 두께의 실측 정보 측정치들을 생성할 수 있다. 시스템은 또한, 예컨대, 프로필로미터를 사용하여, 연마 패드의 두께의 실측 정보 측정치들을 획득한다.
수집된 훈련 데이터는, 신경망이 훈련 모드에 있는 동안 신경망에 적용된다(706). 특히, 각각의 기판 프로파일에 대해, 기판 층 두께 및 연마 패드 두께의 추정된 측정치들이 입력 노드들에 적용되고, 기판 층 두께의 실측 정보 측정치들이 출력 노드들에 적용된다. 훈련은, 추정된 두께 측정치들과 실측 정보 두께 측정치들 사이의 오차 측정치의 계산을 포함할 수 있고, 오차 측정치에 기반하여 신경망(500)의 하나 이상의 파라미터를 업데이트한다. 그렇게 함으로써, 시스템은, 역전파로 경사 하강을 사용하는 훈련 알고리즘을 사용할 수 있다.
위의 논의가 두께 측정치들에 초점을 두지만, 기법들은 다른 특성화 값들, 예컨대, 전도율에 적용가능하다.
모니터링 시스템은 다양한 연마 시스템들에서 사용될 수 있다. 연마 패드 또는 캐리어 헤드 중 어느 하나 또는 둘 모두는, 연마 표면과 기판 사이의 상대적인 움직임을 제공하기 위해 이동할 수 있다. 연마 패드는, 플래튼에 고정되는 원형(또는 몇몇 다른 형상) 패드, 공급 및 권취 롤러들 사이에서 연장되는 테이프, 또는 연속적인 벨트일 수 있다. 연마 패드는, 플래튼 상에 부착되거나, 연마 동작들 사이에서 플래튼 위로 점진적으로 전진되거나, 또는 연마 동안 플래튼 위로 지속적으로 구동될 수 있다. 연마 동안 패드가 플래튼에 고정될 수 있거나, 연마 동안 플래튼과 연마 패드 사이에 유체 베어링이 존재할 수 있다. 연마 패드는 표준(예컨대, 충전재들이 있거나 없는 폴리우레탄) 조질 패드, 연질 패드, 또는 고정식-연마 패드(fixed-abrasive pad)일 수 있다.
위의 논의가 와전류 모니터링 시스템에 초점을 두지만, 보정 기법들은, 기판의 가장자리에 걸쳐 스캐닝하는 다른 종류들의 모니터링 시스템들, 예컨대, 광학 모니터링 시스템들에 적용될 수 있다. 게다가, 위의 논의가 연마 시스템에 초점을 두지만, 보정 기법들은, 기판의 가장자리에 걸쳐 스캐닝하는 인-시튜 모니터링 시스템을 포함하는 다른 종류들의 기판 처리 시스템들, 예컨대 증착 또는 식각 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 다수의 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 다른 실시예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.
Claims (20)
- 신경망을 훈련시키는 방법으로서,
상이한 두께 프로파일을 갖는 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 테스트 기판에 대한 실측 정보(ground truth) 두께 프로파일을 획득하는 단계;
제1 두께 값을 획득하는 단계;
상기 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 상기 제1 두께 값에 대응하는 제1 두께의 연마 패드 상에 있는 동안, 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 측정되고 있는 테스트 기판에 대응하는 제1 측정된 두께 프로파일을 획득하는 단계;
제2 두께 값을 획득하는 단계;
상기 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 상기 제2 두께 값에 대응하는 제2 두께의 연마 패드 상에 있는 동안, 상기 인-시튜 모니터링 시스템에 의해 측정되고 있는 테스트 기판에 대응하는 제2 측정된 두께 프로파일을 획득하는 단계;
상기 복수의 테스트 기판들의 각각의 테스트 기판에 대해, 테스트 기판에 대한 제1 프로파일과 제2의 제3 두께 프로파일 사이를 보간함으로써, 상기 제1 두께 값과 상기 제2 두께 값 사이에 있는 제3 두께 값에 대한 추정된 제3 두께 프로파일을 생성하는 단계; 및
상기 각각의 테스트 기판에 대해, 신경망이 훈련 모드에 있는 동안, 상기 제3 두께 및 상기 추정된 제3 두께 프로파일을 복수의 입력 노드들에 적용하고 상기 실측 정보 두께 프로파일을 복수의 출력 노드들에 적용함으로써 상기 신경망을 훈련시키는 단계
를 포함하는, 신경망을 훈련시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 두께 값 및 상기 제2 두께 값을 획득하는 것은, 제1 연마 패드 및 제2 연마 패드의 두께를 측정하는 것을 포함하는, 신경망을 훈련시키는 방법. - 제1항에 있어서,
제1 두께 프로파일 또는 제2 두께 프로파일을 획득하는 것은, 상기 제1 두께 또는 상기 제2 두께의 연마 패드 상에 테스트 기판을 배치하는 것, 및 인-시튜 모니터링 시스템으로 테스트 기판을 스캐닝하는 것을 더 포함하는, 신경망을 훈련시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 신경망을 훈련시키는 단계는, 상기 신경망이 훈련 모드에 있는 동안, 상기 제1 두께 또는 상기 제2 두께 및 추정된 제1 두께 프로파일 또는 추정된 제2 두께 프로파일을 복수의 입력 노드들에 적용하고 상기 실측 정보 두께 프로파일을 복수의 출력 노드들에 적용하는 단계를 더 포함하는, 신경망을 훈련시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 신경망을 훈련시키는 단계는, 상기 신경망이 훈련 모드에 있는 동안, 제4 두께 및 추정된 제4 두께 프로파일을 복수의 입력 노드들에 적용하고 상기 실측 정보 두께 프로파일을 복수의 출력 노드들에 적용하는 단계를 더 포함하는, 신경망을 훈련시키는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 보간은 선형 보간인, 신경망을 훈련시키는 방법. - 연마 시스템으로서,
연마 패드를 지지하기 위한 플래튼;
기판을 유지하고 상기 기판을 상기 연마 패드와 접촉시키기 위한 캐리어 헤드;
상기 기판 상의 전도성 층이 상기 연마 패드에 의해 연마되고 있는 동안 상기 전도성 층의 두께에 의존하는 신호를 생성하기 위한 인-시튜 모니터링 시스템; 및
제어기를 포함하며,
상기 제어기는,
상기 전도성 층의 연마-전 두께의 측정치를 수신하고,
상기 전도성 층의 연마의 시작 시 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 초기 신호 값을 획득하고,
상기 연마-전 두께에 기반하여 상기 전도성 층에 대한 예상 신호 값을 결정하고,
상기 초기 신호 값 및 상기 예상 신호 값에 기반하여 이득을 계산하고,
이득 함수를 사용하여 상기 이득으로부터 연마 패드 두께 값을 결정하고,
상기 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 상기 전도성 층의 연마 동안 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하고,
상기 복수의 측정된 신호들로부터 상기 층 상의 상기 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하고,
상기 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 신경망을 통해 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해, 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하고 ― 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 상기 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 상기 신경망에 의해, 상기 정정된 두께 값들이 출력됨 ―,
상기 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하도록
구성되는, 연마 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 신경망은 복수의 입력 노드들, 복수의 출력 노드들, 및 복수의 중간 노드들을 포함하고, 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부는 상기 입력 노드들 중 적어도 일부에 적용되고, 상기 연마 패드 두께를 표현하는 값은 상기 복수의 중간 노드들로부터의 중간 노드에 직접 적용되고, 상기 복수의 출력 노드들 중 적어도 일부는 상기 복수의 정정된 두께 값들을 출력하는, 연마 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은 와전류 모니터링 시스템을 포함하는, 연마 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 시스템은, 연마-전 측정을 수행하기 위한 인-라인 계측 시스템을 더 포함하는, 연마 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 이득 함수는 선형 함수를 포함하는, 연마 시스템. - 연마를 제어하는 방법으로서,
기판 상의 전도성 층의 연마-전 두께의 측정치를 수신하는 단계;
상기 기판 상의 상기 전도성 층을 연마 시스템의 연마 패드와 접촉시키고 연마를 시작하는 단계;
상기 전도성 층의 연마의 시작 시 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 초기 신호 값을 획득하는 단계;
상기 연마-전 두께에 기반하여 상기 전도성 층에 대한 예상 신호 값을 결정하는 단계;
상기 초기 신호 값 및 상기 예상 신호 값에 기반하여 이득을 계산하는 단계;
이득 함수를 사용하여 상기 이득으로부터 연마 패드 두께 값을 결정하는 단계;
상기 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 상기 전도성 층의 연마 동안 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하는 단계;
상기 복수의 측정된 신호들로부터 상기 층 상의 상기 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하는 단계;
상기 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 신경망을 통해 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해, 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하는 단계 ― 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 상기 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 상기 신경망에 의해, 상기 정정된 두께 값들이 출력됨 ―; 및
상기 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하는 단계
를 포함하는, 연마를 제어하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 연마-전 두께의 측정치를 수신하는 단계는, 독립형 계측 스테이션에서 상기 연마-전 두께를 측정하는 단계를 포함하는, 연마를 제어하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 연마-전 두께의 측정치를 수신하는 단계는, 상기 연마 시스템의 인-라인 계측 스테이션에서 상기 연마-전 두께를 측정하는 단계를 포함하는, 연마를 제어하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 인-시튜 모니터링 시스템은 와전류 모니터링 시스템을 포함하는, 연마를 제어하는 방법. - 제12항에 있어서,
상기 이득 함수는 선형 함수를 포함하는, 시스템. - 명령어들을 포함하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체에 유형적으로(tangibly) 구현된 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 명령어들은, 하나 이상의 프로세서로 하여금,
연마 패드 두께를 표현하는 값을 수신하게 하고;
전도성 층 상의 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 측정된 신호들을 생성하기 위해 상기 층의 연마 동안 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 신호들을 수신하게 하고;
상기 복수의 측정된 신호들로부터 상기 층 상의 상기 복수의 상이한 위치들에 대한 복수의 두께 값들을 결정하게 하고;
상기 복수의 상이한 위치들 중 적어도 일부의 각각의 위치에 대해, 테스트 패드 두께 값, 테스트 층 추정 두께 프로파일, 및 테스트 층 실측 정보 두께 프로파일의 복수의 투플(tuple)들을 사용하여 훈련된 신경망을 통해 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부를 처리함으로써 복수의 정정된 두께 값들을 제공하기 위해, 위치에 대한 정정된 두께 값을 생성하게 하고 ― 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부 및 연마 패드 두께 값이 신경망에 입력되고, 상기 신경망에 의해, 상기 정정된 두께 값들이 출력됨 ―;
상기 복수의 정정된 두께 값들에 기반하여, 연마 종료점을 검출하는 것 또는 연마 파라미터를 수정하는 것 중 적어도 하나를 행하게
하기 위한 것인, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제17항에 있어서,
상기 연마 패드 두께를 표현하는 값을 수신하기 위한 명령어들은,
전도성 층의 연마-전 두께의 측정치를 수신하고;
상기 전도성 층의 연마의 시작 시 상기 인-시튜 모니터링 시스템으로부터 초기 신호 값을 획득하고;
상기 연마-전 두께에 기반하여 상기 전도성 층에 대한 예상 신호 값을 결정하고,
상기 초기 신호 값 및 상기 예상 신호 값에 기반하여 이득을 계산하고;
이득 함수를 사용하여 상기 이득으로부터 연마 패드 두께 값을 결정
하기 위한 명령어들을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제18항에 있어서,
상기 이득 함수는 선형 함수를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품. - 제17항에 있어서, 제16항에 있어서,
상기 신경망은 복수의 입력 노드들, 복수의 출력 노드들, 및 복수의 중간 노드들을 포함하고, 상기 복수의 두께 값들 중 적어도 일부는 상기 입력 노드들 중 적어도 일부에 적용되고, 상기 연마 패드 두께를 표현하는 값은 상기 복수의 중간 노드들로부터의 중간 노드에 직접 적용되고, 상기 복수의 출력 노드들 중 적어도 일부는 상기 복수의 정정된 두께 값들을 출력하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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